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【题目】从天然铀中分离出235U是核能开发利用的关键技术。小李同学设计了电磁分离235U和238U的实验方案,如图甲所示。含有带电量均为q的235U和238U离子,从容器A下方的小孔S1进入加速电压为U的匀强电场中,其初速度可视为零,以离子刚射入磁场时的O点为坐标原点,水平向右为x轴正方向,x轴下方有垂直纸面向内的匀强磁场,磁感应强度为B。离子在磁场中行进半个圆周后被位于原点O右侧x轴上的收集器分别收集。核子的质量为m,不考虑离子重力及离子间的相互作用。
(1)求收集器收集到235U和238U离子的位置坐标x;
(2)实际上加速电压U会有微小变化,设其变化范围为[(U-△U)~(U+△U)]。为了完全分离出这两种离子,△U/U应小于多少?
(3)初速为零,带电量为q的235U和238U离子,经过加速电压为U的特殊电场,从O点垂直进入磁场时,与垂直x轴入射方向左右对称偏离,导致有一个发散角α,如图乙所示。若α角过大,可能使两束离子发生交叠,导致两种离子无法完全分离,为保证上述两种离子被完全分离,求允许的最大发散角αm。(可以用反三角函数表示)
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【题目】在学习了电磁驱动和电磁制动后,某物理兴趣小组的同学设计了如下装置进行研究。如图所示,足够长平行光滑导轨的间距L=0.2m,b1b2右侧轨道水平,左侧曲线轨道与水平轨道相切于b1b2,所有轨道均电阻不计。在水平轨道内有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.8T。质量为M=0.2kg、电阻为R1=0.1Ω的金属棒b垂直于轨道静止放置在与b1b2相距1m远的水平轨道上,并用插销固定。质量为m=0.1kg、电阻为R2=0.2Ω的金属棒a由曲线轨道上端a1a2处静止释放,a1a2处到水平轨道的竖直高度h=0.45m,若金属棒a在运动过程中始终与导轨垂直且保持良好接触,金属棒a与b相撞时无能量损失,g=10m/s2。求:
(1)金属棒a第1次滑到b1b2处时的速度大小;
(2)金属棒a与金属棒b碰撞的次数;
(3)若撤去固定金属棒b的插销,使其能自由移动,金属棒a还是由曲线轨道上端a1a2处静止释放,金属棒b初始静止在水平轨道上,两棒最终运动达到稳定状态。要使两棒不相碰,则金属棒b初始位置距离b1b2至少多远?整个运动过程中金属棒b上产生的焦耳热是多少?
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【题目】如图所示,是点电荷电场中的一条电场线,则 ( )
A. a点场强一定大于b点场强
B. 形成这个电场的电荷一定带正电
C. 在b点由静止释放一个电子,将一定向a点运动
D. 正电荷在a处受到的静电力大于其在b处的静电力
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【题目】如图,竖直的1/4圆弧轨道与一水平面相切连接,一质量为m=10kg的物体,由1/4圆弧轨道上端从静止开始下滑,到达底端时的速度v=2m/s,然后沿水平面向右滑动2m距离后停止。已知轨道半径R=0.4m,g=10m/s2则:
(1)物体滑至圆弧底端时对轨道的压力是多大?
(2)物体沿轨道下滑过程中克服摩擦力做多少功?
(3)物体与水平面间的动摩擦因数μ是多少?
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【题目】在图所示实验中,关于平行板电容器的充、放电,下列说法正确的是( )
A. 开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带正电
B. 开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带负电
C. 开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带正电
D. 开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带负电
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【题目】如图所示,真空室内存在宽度为d=8cm的匀强磁场区域,磁感应强度B=0.332T,磁场方向垂直于纸面向里;ab、cd足够长,cd为厚度不计的金箔,金箔右侧有一匀强电场区域,电场强度E=3.32×105N/C;方向与金箔成37°角.紧挨边界ab放一点状α粒子放射源S,可沿纸面向各个方向均匀放射初速率相同的α粒子,已知:α粒子的质量m=6.64×10-27kg,电荷量q=3.2×10-19C,初速度v=3.2×106m/s.
(sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)α粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径R;
(2)金箔cd被α粒子射中区域的长度L;
(3)设打在金箔上d端离cd中心最远的α粒子穿出金箔进入电场,在电场中运动通过N点,SN⊥ab且SN=40cm,则此α粒子从金箔上穿出时,损失的动能△EK为多少?
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【题目】如图所示,氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地进入电场线水平向右的加速电场,之后进入电场线竖直向下的匀强电场发生偏转,最后打在屏上。整个装置处于真空中,不计粒子重力及其相互作用,那么( )
A.偏转电场对三种粒子做功一样多
B.三种粒子打到屏上时的速度一样大
C.三种粒子运动到屏上所用时间相同
D.三种粒子形成的运动轨迹是相同的
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【题目】如图所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN和PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.2m,电阻R=0.4Ω,导轨上静止放置一质量、电阻的金属杆,导轨电阻忽略不计,整个装置处在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场的方向竖直向下,现用一外力F沿水平方向拉杆,使之由静止起做匀加速运动并开始计时,若5s末理想电压表的读数为0.2V.求:
(1)5s末时电阻R上消耗的电功率;
(2)金属杆在5s末的运动速率;
(3)5s末时外力F的功率.
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【题目】用控制变量法可以研究影响平行板电容器电容的因素。设两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为。实验中,极板所带电荷量不变,则( )
A.保持S不变,增大d,则变大
B.保持S不变,增大d,则变小
C.保持d不变,增大S,则变大
D.保持d不变,增大S,则不变
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【题目】如图所示,半圆形光滑轨道竖直固定且与水平地面相切于A点,半径R=0.1m,其右侧一定水平距离处固定一个斜面体。斜面C端离地高度h=0.15m,E端固定一轻弹簧,原长为DE,斜面CD段粗糙而DE段光滑。现给一质量为0.1kg的小物块(可看作质点)一个水平初速,从A处进入圆轨道,离开最高点B后恰能落到斜面顶端C处,且速度方向恰平行于斜面,物块沿斜面下滑压缩弹赞后又沿斜面向上返回,第一次恰能返回到最高点C。物块与斜面CD段的动摩擦因数,斜面倾角θ=30°,重力加速度g=10m/s2,不计物块碰撞弹簧的机械能损失。求:
(1)物块运动到B点时对轨道的压力为多大?
(2)CD间距离L为多少米?
(3)小物块在粗糙斜面CD段上能滑行的总路程s为多长?
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